El tomo

El tomo

En las siguientes pginas estudiaremos la qumica desde su nivel ms estructural y bsico. Al inicio hablaremos del tomo, luego abordaremos los elementos qumicos y la tabla peridica. Ms adelante, nos referiremos a las molculas, que se organizan por la unin qumica de dos o ms tomos.En la filosofa de la antigua Grecia la palabra tomo se empleaba para referirse a la parte ms pequea de materia que poda concebirse y era considerada indestructible. De hecho, tomo significa en griego no divisible. El conocimiento del tamao y la naturaleza del tomo avanz muy lentamente a lo largo de los siglos, ya que los estudiosos solo se limitaban a especular sobre l.

Con la llegada de la ciencia experimental en los siglos XVI y XVII, los avances en la teora atmica se hicieron ms rpidos. Los qumicos se dieron cuenta muy pronto de que todos los lquidos, gases y slidos pueden descomponerse en sus constituyentes ltimos o elementos. Por ejemplo, se descubri que la sal se compona de dos elementos diferentes, el sodio y el cloro, ligados en una unin ntima conocida como enlace qumico. El aire, en cambio, result ser una mezcla de los gases nitrgeno y oxgeno.

Sabas que?

Un tomo es tan pequeo que una sola gota de agua contiene ms de mil trillones de tomos.

Ahora ya conocemos qu es un tomo; pero habr sido fcil hablar de tomo en la Antigedad? Pongmonos en el lugar de aquellas personas que comenzaron a formular estos conceptos.

Los estudiosos de este campo desarrollaron sus primeros conceptos empleando teoras, las que constituan propuestas acerca de cmo concebir un hecho. Por ejemplo, antiguamente, para hablar de tomo se tena que hacer una serie de propuestas del tipo especulativas. As, se entenda que un hombre de ciencias planteaba una teora sobre el tomo, explicando su concepto y formulando, tambin, un par de otras ideas importantes. Con el correr de los siglos y el uso del mtodo cientfico las teoras se han transformado en hechos y acontecimientos de importancia histrica.

Teoras atmicas John Dalton, profesor y qumico britnico, estaba fascinado por el rompecabezas de los elementos. A principios del siglo XIX estudi la forma en que los diversos elementos se combinan entre s para formar compuestos qumicos. Aunque muchos otros cientficos, como los antiguos griegos, haban afirmado ya que las unidades ms pequeas de una sustancia eran los tomos, se considera a Dalton como una de las figuras ms significativas en el desarrollo de la teora atmica, porque la convirti en algo cuantitativo.

Dalton mostr que los tomos se unan entre s en proporciones definidas. Las investigaciones demostraron que los tomos suelen formar grupos llamados molculas. Cada molcula de agua, por ejemplo, est formada por un nico tomo de oxgeno (O) y dos tomos de hidrgeno (H), unidos por una fuerza elctrica denominada enlace qumico, por lo que el agua se simboliza como HOH o H2O.

Todos los tomos de un determinado elemento tienen las mismas propiedades qumicas, lo que quiere decir que tienen las mismas caractersticas. Por tanto, desde un punto de vista qumico, el tomo es la entidad ms pequea que hay que considerar.

Las propiedades qumicas de los elementos son muy distintas entre s. Sus tomos se combinan de formas muy variadas para formar numerosos compuestos qumicos diferentes.

Algunos elementos, como los gases nobles helio y argn, son inertes; es decir, no reaccionan con otros elementos, salvo en condiciones especiales. A diferencia del oxgeno, cuyas molculas son diatmicas (formadas por dos tomos), el helio y otros gases inertes son elementos monoatmicos, con un nico tomo por molcula.

Ley de Avogadro

Ley de AvogadroEl estudio de los gases atrajo la atencin del fsico italiano Amadeo Avogadro, que en 1811 formul una importante ley que lleva su nombre. Esta ley afirma que dos volmenes iguales de gases diferentes contienen el mismo nmero de molculas si sus condiciones de temperatura y presin son las mismas. Si se dan esas condiciones, dos botellas idnticas, una llena de oxgeno y otra de helio, contendrn exactamente el mismo nmero de molculas. Sin embargo, el nmero de tomos de oxgeno ser dos veces mayor puesto que el oxgeno es diatmico.

De la ley de Avogadro se desprende que las masas de un volumen patrn de diferentes gases (es decir, sus densidades) son proporcionales a la masa de cada molcula individual de gas.

Si se toma el tomo de carbono como patrn y se le asigna un valor de 12,0000 unidades de masa atmica (u), esto quiere decir que el tomo de carbono tiene una masa de 12. A partir de esto nosotros podemos determinar la masa atmica de otros elementos de la tabla peridica, como el hidrgeno. As, el hidrgeno tiene una masa atmica de 1,0079 u; el helio, de 4,0026 u; el flor, de 18,9984 u, y el sodio, de 22,9898 u.

La observacin de que muchas masas atmicas se aproximan a nmeros enteros llev al qumico britnico William Prout a sugerir, en 1816, que todos los elementos podran estar compuestos por tomos de hidrgeno. No obstante, medidas posteriores de las masas atmicas demostraron que el cloro, por ejemplo, tiene una masa atmica de 35,453 (si se asigna al carbono el valor 12).

Muchas veces se habla de peso atmico, pero lo correcto es masa atmica. La masa es una propiedad del cuerpo, mientras que el peso es la fuerza ejercida sobre el cuerpo a causa de la gravedad.El descubrimiento de estas masas atmicas fraccionarias pareci invalidar la hiptesis de Prout hasta un siglo despus, cuando se descubri que, por lo general, los tomos de un elemento dado no tienen todos la misma masa.

El tamao del tomoLa curiosidad acerca del tamao y masa del tomo atrajo a cientos de cientficos durante un largo perodo en el que la falta de instrumentos y tcnicas apropiadas impidi lograr respuestas satisfactorias. Con posterioridad se disearon numerosos experimentos ingeniosos para determinar el tamao y peso de los diferentes tomos.

El tomo ms ligero, el de hidrgeno, tiene un dimetro de aproximadamente 10-10 m (0,0000000001 m) y una masa alrededor de 1,7 x 10-27 kg (la fraccin de un kilogramo representada por 17 precedido de 26 ceros y una coma decimal).

Al hablar del tamao de un tomo vemos que estamos hablando de algo muy pequeo. As, si observamos el dimetro de un tomo, por ejemplo, el del hidrgeno, vers que su medida en metros es tan insignificante que casi no se puede medir. Y si hablamos de masa, esta es mucho ms pequea, tanto que casi no se puede pesar.

Con esto ya te imaginars qu tan diminuto es el mundo de los tomos, y ms an, lo pequeo que ser el interior de un tomo. Para que te hagas una idea, te sugerimos que tomes como ejemplo el sistema planetario solar y lo representes como un tomo: el Sol representara el ncleo del tomo y los planetas, que giran en torno a l, seran los electrones que viajan alrededor del ncleo del tomo.

Los istopos

Los tomos de un mismo elemento (es decir, con el mismo nmero de protones) con diferente masa se conocen como istopos. En el caso del cloro, existen dos istopos en la naturaleza. Los tomos de uno de ellos (cloro 35) tienen una masa atmica cercana a 35, mientras que los del otro (cloro 37) tienen una masa atmica prxima a 37.

Los experimentos demuestran que el cloro es una mezcla de tres partes de cloro 35 por cada parte de cloro 37. Esta proporcin explica la masa atmica observada en el cloro.

El tomo de Rutherford y el tomo de Bohr

El tomo de RutherfordGlosario

Electrn: partcula subatmica que presenta carga negativa y se ubica fuera del ncleo atmico y viaja por orbitales alrededor del ncleo.

El descubrimiento de la naturaleza de las emisiones radiactivas permiti a los fsicos profundizar en el tomo, que, segn se comprob, consista principalmente en espacio vaco. En el centro de ese espacio se encuentra el ncleo, que solo mide, aproximadamente, diez milsima parte del dimetro del tomo.

Ernest Rutherford dedujo que la masa del tomo est concentrada en su ncleo. Tambin postul que los electrones (ver glosario), de los que ya se saba que formaban parte del tomo, viajaban en rbitas alrededor del ncleo. El ncleo tiene una carga elctrica positiva; los electrones tienen carga negativa. La suma de las cargas de los electrones es igual en magnitud a la carga del ncleo, por lo que el estado elctrico normal del tomo es neutro.

El tomo de BohrPara explicar la estructura del tomo, el fsico dans Niels Bohr desarroll en 1913 una hiptesis conocida como teora atmica de Bohr (o teora cuntica).

Bohr supuso que los electrones estn dispuestos en capas definidas, o niveles cunticos, a una distancia considerable del ncleo. La disposicin de los electrones se denomina configuracin electrnica. El nmero de electrones es igual al nmero atmico del tomo. As, el hidrgeno tiene un nico electrn orbital, el helio dos y el uranio 92.

Las capas electrnicas se superponen de forma regular hasta un mximo de siete, y cada una de ellas puede albergar un determinado nmero de electrones. La primera capa est completa cuando contiene dos electrones, en la segunda cabe un mximo de ocho, y las capas sucesivas pueden contener cantidades cada vez mayores. Ningn tomo existente en la naturaleza tiene la sptima capa llena. Los electrones ms externos o los ltimos en aadirse a la estructura del tomo determinan el comportamiento qumico del tomo.

Si recordamos el ejercicio mental que hicimos antes, sobre visualizar los electrones que se desplazan alrededor del ncleo como si fueran planetas que giran en torno al Sol, y lo comparamos con la visin actual sobre el tomo, la primera resulta demasiado simple. Ahora se sabe que es imposible determinar con exactitud la posicin de un electrn en el tomo sin perturbar su posicin. Esta incertidumbre se expresa atribuyendo al tomo una forma de nube, en la que la posicin de un electrn se define segn la probabilidad de encontrarlo a una distancia determinada del ncleo. Esta visin del tomo como nube de probabilidad ha sustituido al modelo de sistema solar.

Niels BohrJ. J. Thomson descubri el electrn (1897) y con ello evidenci que el tomo podra tener estructura interna.Qu hay dentro del tomo?